DE102009026128A1 - System und Verfahren zur Erfassung des Strömungsabrisses und Pumpens - Google Patents

System und Verfahren zur Erfassung des Strömungsabrisses und Pumpens Download PDF

Info

Publication number
DE102009026128A1
DE102009026128A1 DE102009026128A DE102009026128A DE102009026128A1 DE 102009026128 A1 DE102009026128 A1 DE 102009026128A1 DE 102009026128 A DE102009026128 A DE 102009026128A DE 102009026128 A DE102009026128 A DE 102009026128A DE 102009026128 A1 DE102009026128 A1 DE 102009026128A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
dynamic pressure
pressure signal
rotor
compressor
signal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
DE102009026128A
Other languages
English (en)
Inventor
Michael Joseph Krok
John Bolton
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
General Electric Co
Original Assignee
General Electric Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by General Electric Co filed Critical General Electric Co
Publication of DE102009026128A1 publication Critical patent/DE102009026128A1/de
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D27/00Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or pumping systems specially adapted for elastic fluids
    • F04D27/001Testing thereof; Determination or simulation of flow characteristics; Stall or surge detection, e.g. condition monitoring
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D17/00Regulating or controlling by varying flow
    • F01D17/02Arrangement of sensing elements
    • F01D17/08Arrangement of sensing elements responsive to condition of working-fluid, e.g. pressure
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2270/00Control
    • F05D2270/01Purpose of the control system
    • F05D2270/10Purpose of the control system to cope with, or avoid, compressor flow instabilities
    • F05D2270/101Compressor surge or stall
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2270/00Control
    • F05D2270/30Control parameters, e.g. input parameters
    • F05D2270/301Pressure

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Control Of Positive-Displacement Air Blowers (AREA)

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Überwachung eines Verdichters, der einen Rotor aufweist, präsentiert. Das Verfahren weist auf: Gewinnen eines dynamischen Drucksignals des Rotors, Gewinnen einer Schaufelpassierfrequenz des Rotors, Verwenden des Schaufelpassierfrequenzsignals zur Filterung des dynamischen Drucksignals, Puffern des gefilterten dynamischen Drucksignals über einen Gleitfenster-Zeitraum und Analyse des gepufferten dynamischen Drucksignals, um einen Strömungsabrisszustand des Verdichters vorherzusagen.

Description

  • HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
  • Der hier offenbarte Gegenstand betrifft allgemein die Überwachung des Einsatzzustands umlaufender mechanischer Komponenten und insbesondere die Erkennung des Strömungsabrisses und Pumpens in einem Verdichter einer Turbine.
  • In Gasturbinen, die zur Stromerzeugung verwendet werden, wird gewöhnlich zugelassen, dass Verdichter bei hohen Druckverhältnissen arbeiten, um hohe Wirkungsgrade zu erreichen. Während eines Betriebs einer Gasturbine kann ein als Strömungsabriss im Verdichter bezeichnetes Phänomen auftreten, wenn das Druckverhältnis des Turbinenverdichters einen kritischen Wert bei einer gegebenen Drehzahl überschreitet, so dass das Verdichterdruckverhältnis reduziert ist und der Luftfluss, der dem Maschinenverdichter zugeführt wird, ebenfalls reduziert ist und unter einigen Umständen seine Richtung umkehren kann. Strömungsabrisse im Verdichter haben zahlreiche Ursachen. In einem Beispiel wird die Maschine zu schnell beschleunigt. In einem anderen Beispiel wird das Einlassprofil des Luftdrucks oder der Lufttemperatur während eines normalen Betriebs der Maschine zu stark gestört. Ein Verdichterschaden, der auf das Einsaugen von Fremdkörpern zurückzuführen ist, oder eine Fehlfunktion des Maschinensteuersystems kann ebenfalls einen Strömungsabriss im Verdichter und eine nachfolgende Verdichterbeeinträchtigung herbeiführen. Wenn ein Strömungsabriss im Verdichter unentdeckt bleibt und zugelassen wird, dass dieser andauert, können die Brennkammertemperaturen und die in dem Verdichter hervorgerufenen Schwingungsbelastun gen hinreichend hoch werden, um eine Beschädigung an der Turbine herbeizuführen.
  • Ein Ansatz zur Erkennung eines Strömungsabrisses im Verdichter besteht darin, den Einsatzzustand eines Verdichters durch Messung des Luftdurchflusses und Druckanstiegs durch den Verdichter zu überwachen. Druckschwankungen können einer Anzahl von Ursachen, wie beispielsweise einer instabilen Verbrennung, eines rotierenden Strömungsabrisses und Pumpereignissen an dem Verdichter selbst, zugerechnet werden. Um diese Druckschwankungen zu bestimmen, können die Größe und die Änderungsrate des Druckanstiegs durch den Verdichter überwacht werden. Dieser Ansatz bietet jedoch keine Möglichkeiten einer Vorhersage eines rotierenden Strömungsabrisses oder eines Pumpens und bietet keine Informationen für ein Echtzeit-Steuersystem mit ausreichender Vorlaufzeit, um derartige Ereignisse proaktiv zu bewältigen.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Kurz gesagt, wird ein Verfahren zur Überwachung eines Verdichters, der einen Rotor aufweist, präsentiert. Das Verfahren weist einen Erhalt eines dynamischen Drucksignals des Rotors, einen Erhalt einer Schaufelpassierfrequenz des Rotors, ein Verwenden des Schaufelpassierfrequenzsignals zur Filterung des dynamischen Drucksignals, ein Puffern des gefilterten dynamischen Drucksignals über eine Gleitfenster-Zeitdauer hinweg und eine Analyse des gepufferten dynamischen Drucksignals, um einen Strömungsabrisszustand des Verdichters vorherzusagen.
  • In einer anderen Ausführungsform wird ein System zur Überwachung eines Verdichters, der einen Rotor aufweist, präsentiert. Das System weist einen Drucksensor, der zur Gewinnung eines dynamischen Drucksignals des Rotors eingerichtet ist, einen Drehzahlsensor, der zur Gewinnung eines Drehzahlsignals des Rotors eingerichtet ist, eine Steuerungseinrichtung, die zur Verwendung des Rotordrehzahlsignals zur Filterung des dynamischen Drucksignals, zur Pufferung des gefilterten dynamischen Drucksignals über eine Gleitfenster-Zeitdauer und zur Analyse des gepufferten dynamischen Drucksignals, um einen Strömungsabrisszustand des Verdichters vorherzusagen, eingerichtet ist.
  • ZEICHNUNGEN
  • Diese und weitere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden besser verständlich, wenn die folgende detaillierte Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen gelesen wird, in denen gleiche Bezugszeichen über die Zeichnungen hinweg gleiche Teile bezeichnen und worin zeigen:
  • 1 eine Querschnittsansicht eines Verdichters mit Sensoren gemäß einem Aspekt der Erfindung;
  • 2 ein Blockschaltbild eines Verdichterüberwachungs- und -steuersystems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
  • 3 ein Blockschaltbild, das eine Überwachung und Steuerung des Verdichterzustands gemäß einer hier offenbarten Ausführungsform veranschaulicht; und
  • 4 eine Darstellung der schnellen Fouriertransformation (FFT, Fast Fourier Transform) über einen langen Zeitraum.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Wie nachstehend in Einzelheiten beschrieben, enthalten Ausführungsformen der Erfindung ein Gasturbinensystem, das einen Verdichter und ein System zur Überwachung des Verdichters aufweist. In einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird eine industrielle Gasturbine als Teil einer Kombizykluskonfiguration verwendet, die auch beispielsweise eine Dampfturbine und einen Generator enthält, um Strom aus Verbrennung von Erdgas oder eines sonstigen brennbaren Brennstoffs zu erzeugen. Die industrielle Gasturbine kann in einem Kombizyklussystem oder einem Einfachzyklussystem betrieben werden. Jedoch ist es in diesen beiden Systemen ein gewünschtes Ziel, die industrielle Gasturbine mit der höchsten Betriebseffizienz zu betreiben, um eine hohe elektrische Ausgangsleistung bei verhältnismäßig geringen Kosten zu erzeugen. Gewöhnlich sollte in einem hoch effizienten industriellen Turbinensystem ein Verdichter betrieben werden, um ein Zyklusdruckverhältnis zu erzeugen, das einer hohen Feuerungstemperatur entspricht. Jedoch kann der Verdichter aerodynamische Instabilitäten, wie beispielsweise einen Strömungsabriss- und/oder Pumpzustand, erfahren, wenn der Verdichter verwendet wird, um die hohe Feuerungstemperatur oder das hohe Zyklusdruckverhältnis zu erzeugen. Es kann verstanden werden, dass der Verdichter, der einen derartigen Strömungsabriss und/oder ein derartiges Pumpen erfährt, Probleme verursachen kann, die die Komponenten und Betriebseffizienz der industriellen Gasturbine beeinflussen. Gewöhnlich ist es zur Aufrechterhaltung der Stabilität erwünscht, die industrielle Gasturbine innerhalb Betriebsgrenzen des Zyklusdruckverhältnisses einzustellen.
  • 1 veranschaulicht eine Querschnittsansicht eines Verdichters, wobei Sensoren an verschiedenen Stellen innerhalb des Verdichters eingebaut sind, um Verdichterparameter zu erfassen. Wie veranschaulicht, enthält das Verdichtersystem 10 einen Rotor 12 und einen Stator 14. Ferner zeigt das Bezugszeichen 16 die Strömungsrichtung an, wobei Arbeitsfluide zwischen 16 und 18 zunehmend komprimiert werden. Gewöhnlich setzen derartige Verdichter eine mehrstufige Verdichtung ein, wobei der Stator 14 konfiguriert sein kann, um den Durchfluss von dem Rotor 12 zu einem nachfolgenden Rotor oder zu dem Plenum vorzubereiten und/oder umzulenken. In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Lage der Sensoren bei 20 besser dazu geeignet, die Verdichterparameter zu erfassen, die einen Strömungsabriss- und/oder Pumpzustand kennzeichnen. Jedoch kann erwähnt werden, dass Sensoren an verschiedenen Stellen, wie beispielsweise bei 22 und 24, platziert sind, um die Parameter zu erfassen. Sensoren können beispielsweise Drehzahlsensoren, die zur Erfassung der Drehzahl konfiguriert sind, und Drucksensoren enthalten, die konfiguriert sind, um Druck dynamisch zu erfassen.
  • 2 zeigt eine schematisierte blockschaltbildliche Darstellung eines Systems zur Überwachung und Steuerung eines Verdichters, wie es in dem Verdichtersystem 10 nach 1 implementiert ist. Das Verdichterüberwachungs- und -steuersystem 30 enthält eine Steuerungseinrichtung. In einer beispielhaften Ausführungsform enthält die Steuerungseinrichtung ein Filter 32, ein Speichermedium 40, einen Signalprozessor 42, einen Komparator bzw. eine Vergleichereinrichtung 44, eine Nachschlagetabelle 46 und eine Pumpanzeigeeinrichtung 48. Das System enthält Sensoren zur Gewinnung eines dynamischen Drucksignals 36 und zur Gewinnung einer Schaufelpassierfrequenz von dem Rotordrehzahlsignal 34 und zur Verwendung der Schaufelpassierfrequenz zur Filterung des dynamischen Drucksignals 36. Das Filter 32 ist mit Sensoren gekoppelt (nicht veranschaulicht). Entsprechend den Verdichterparametern erzeugen die Sensoren Signale, wie beispielsweise das Rotordrehzahlsignal 34 und das dynamische Drucksignal 36. In einer Ausführungsform der Erfindung ist das Filter 32 konfiguriert, um die erfassten Parameter des Verdichters, wie beispielsweise das Rotordrehzahlsignal 34 und das dynamische Drucksignal 36, zu filtern. Ferner ist das Filter konfiguriert, um unerwünschte Komponenten, wie beispielsweise hochfrequentes Rauschen, aus den erfassten Parametern zu entfernen. Gemäß einer vorgesehenen Ausführungsform der Erfindung enthält das Filter mehrere Konfigurationen, wie beispielsweise ein Tiefpassfilter zweiter Ordnung, ein Niederfrequenz-Hochpassfilter erster Ordnung und ein Chebychev-Bandpassfilter sechster Ordnung. Es kann für einen Fachmann verständlich sein, dass derartige Filter Konfigurationsparameter, wie beispielsweise Durchlassband- und Grenzfrequenzen, haben, die in Abhängigkeit von Eingabeparametern und gewünschter Ausgabe geeignet festgelegt werden.
  • Es wird ein Puffern (oder Speichern) gefilterter Daten über eine Zeitdauer hinweg über eine Abtastrate während eines Gleitfensters bewerkstelligt. In einem Beispiel tritt das Gleitfenster über einen Zeitraum von wenigstens vier Sekunden auf. Das Speichermedium 40 ist konfiguriert, um die gefilterten Daten und/oder gepufferten Daten zu speichern. Die Steuerungseinrichtung ist ferner in einer Ausführungsform konfiguriert, um das gepufferte dynamische Drucksignal in einen Bereich niedrigerer Frequenz zu verschieben. Der Signalprozessor 42 ist mit dem Speichermittel 40 gekoppelt und konfiguriert, um eine schnelle Fouriertransformation (FFT) der gepufferten Daten zu berechnen. Der Komparator bzw. die Vergleichereinrichtung 44 ist mit dem Signalprozessor 42 gekoppelt und konfiguriert, um die Daten der berechneten schnellen Fouriertransformation mit einem vorbestimmten Bezugs- bzw. Basislinienwert zu vergleichen. Der vorbestimmte Bezugs- bzw. Basislinienwert ist in einer Nachschlagetabelle 46 gespeichert, die mit der Vergleichereinrichtung gekoppelt ist. Es kann verstanden werden, dass der vorbestimmte Bezugs- bzw. Basislinienwert anhand Strömungsabriss-Wahrscheinlichkeitsmessungen und Konstanten berechnet wird. Das System 30 enthält ferner eine Strömungsabriss-Anzeigeeinrichtung 48, die mit der Vergleichereinrichtung 44 gekoppelt und konfiguriert ist, um ein Strömungsabriss-Anzeigesignal 50 auf der Basis des Vergleichs zu erzeugen. Das Strömungsabriss-Anzeigesignal 50 ist mit dem Verdichter gekoppelt, um im Falle einer Strömungsabrissgefahr korrigierende Maßnahmen einleiten zu können.
  • 3 zeigt ein detaillierteres Blockschaltbild unter Veranschaulichung verschiedener Schritte zur Überwachung und Steuerung des Verdichtereinsatzzustands gemäß Ausführungsformen der Erfindung. In einer beispielhaften Ausführungsform enthält das Verdichterüberwachungssystem 56 ein Tiefpassfilter 58, das konfiguriert ist, um das Rotordrehzahlsignal 34 von den mit dem Verdichter gekoppelten Sensoren (in 3 nicht veranschaulicht) zu empfangen. Das Tiefpassfilter ist in einer spezielleren Ausführungsform dazu konfiguriert, das Rotordrehzahlsignal über ein Tiefpassfilter zweiter Ordnung zu filtern. Gewöhnlich beträgt die Grenzfrequenz etwa 0,1 Hz. Jedoch hängt die Grenzfrequenz von der Topologie der Drehzahlsteuerung ab.
  • Ein Drehzahl-Frequenz-Wandler 60 ist mit dem Tiefpassfilter gekoppelt, um das gefilterte Rotordrehzahlsignal in eine Schaufelpassierfrequenz bzw. Schaufeldurchlauffrequenz 62 umzuwandeln. Es kann beachtet werden, dass die Schaufelpassierfrequenz bzw. Schaufeldurchlauffrequenz ein Produkt aus der mechanischen Drehzahl und der Anzahl von Rotorschaufeln ist.
  • In einer momentan vorgesehenen Ausführungsform der Erfindung wird der Verdichterparameter, wie beispielsweise der Druck, dynamisch überwacht. Das dynamische Drucksignal 36 wird über ein Niederfrequenzbereichs-Hochpassfilter erster Ordnung gefiltert, um Niederfrequenzanteile zu entfernen, und es kann ferner über ein Chebychev-Bandpassfilter gefiltert werden, wobei auf beide Filter durch das Filterelement 66 Bezug genommen wird, mit einer Dämpfung außerhalb des Durchlassbandes von etwa 40 dB, um ein gefiltertes dynamisches Drucksignal 68 zu erhalten. Wie für einen Fachmann verständlich, sollte das Bandpassfilter eine Bandbreite von einigen hundert Hertz haben, um Schwankungen des überwachten Parameters zu berücksichtigen. Ferner liegt die Abtastrate bei der Messung des dynamischen Drucksignals gewöhnlich in der Größenordnung von wenigstens dem zwei- oder dreifachen der Bandpassfrequenz. Wenn die mechanische Drehzahl konstant bleibt, können die Bandpassfilterkonstanten konstant bleiben. Wenn sich jedoch die Lage der Schaufelpassierfrequenz verändert, ist es sinnvoll, die Bandpassfilterkonstanten zu aktualisieren, um die neue Lage der Schaufelpassierfrequenz wiederzuspiegeln.
  • Ein Effektivwert-Wandler bzw. RMS-Wandler 70 berechnet den quadratischen Mittelwert (Root Mean Square, RMS) des dynamischen Drucksignals 36. Anschließend werden die Schaufelpassierfrequenz 62 und das gefilterte dynamische Drucksignal 68 in dem Multiplizierer 72 miteinander kombiniert und als Eingangssignal 73 einem Tiefpassfilter 74 zugeführt. Das resultierende gefilterte Signal 75 und der quadratische Mittelwert des dynamischen Drucksignals 70 werden in einen Signalprozessor 76 eingegeben, der konfiguriert ist, um das gefilterte Signal 75 zu normieren. In einer Ausführungsform des Normierungsprozesses ist der Normierungsfaktor, mit dem das gefilterte Signal 75 multipliziert wird, eine Umkehrfunktion des dynamischen RMS-Drucksignals 70 multipliziert mit 2,3. In einer beispielhaften Ausführungsform ist der Block 60 dazu konfiguriert, ein Kosinus der Bandpassfrequenz abzüglich einer Frequenz zu berechnen, die die neue Mittenfrequenz der dynami schen Drucksignalmessung in dem Niederfrequenzbereich repräsentiert. Die Differenz 62 wird ferner mit dem gefilterten dynamischen Drucksignal 68 an dem Multiplizierer 72 multipliziert. Das resultierende Produkt 73 wird über ein Chebychev-Tiefpassfilter sechster Ordnung (was bedeutet sechster oder höherer Ordnung) gefiltert, um ein verschobenes dynamisches Drucksignal 77 zu erhalten, das eine Niederfrequenztransformation des ursprünglichen Hochfrequenz- und dynamischen Drucksignals nach der Normierung bei 76 repräsentiert. In einer Ausführungsform beträgt das Durchlassband des Chebychev-Tiefpassfilters das Doppelte der neuen Mittenfrequenz der frequenzverschobenen dynamischen Drucksignalmessung (um mit der Frequenzverschiebung verbundenes Rauschen zu reduzieren).
  • Eine Datensammeleinrichtung 78 puffert das verschobene dynamische Niederfrequenzbereichs-Drucksignal 77, um eine weitere Analyse zu ermöglichen. Ein Speichermedium kann konfiguriert sein, um das gepufferte dynamische Drucksignal zu speichern. Ein Beispiel für ein Speichermedium kann einen Speicherchip enthalten. Derartige gepufferte Daten (die von einer Unterabtastung des verschobenen dynamischen Niederfrequenzbereichs-Drucksignals erhalten werden) repräsentieren einen geeigneten Zeitraum eines dynamischen Drucksignals mit einem um die Schaufelpassierfrequenz herum zentrierten Frequenzgehalt. In einer Ausführungsform beträgt der Zeitraum von einem Viertel einer Sekunde bis acht Sekunden. In einer anderen Ausführungsform liegt der Zeitraum in der Größenordnung von vier Sekunden. Ein Signalprozessor 80 berechnet eine schnelle Fouriertransformation (FFT) der unterabgetasteten gepufferten Daten, die in der Datensammeleinrichtung 78 gespeichert sind. Die Schaufelpassierfrequenz wird aus dem transformierten Signal 81 in dem Filterblock 84 herausgefiltert. Mit einem Frequenzbereich von etwa ±15 Hz rings um die Schaufelpassierfrequenz im Zusammenhang stehende Leistung wird in dem Quellen leistungsblock 86 zu null gesetzt und ferner mit dem transformierten Signal 81 multipliziert. Eine Leistungsberechnungseinrichtung 88 berechnet einen Mittelwert der Leistung und berechnet ferner eine Quadratwurzel des Leistungsmittelwerts. Eine derartige mittlere Leistung repräsentiert gewöhnlich ein Strömungsabrissmaß 90 an der Schaufelpassierfrequenz. In einer beispielhaften Ausführungsform zeigt ein derartiges Strömungsabrissmaß 90 eine nicht skalierte Strömungsabrisswahrscheinlichkeit an.
  • Die nicht skalierte Strömungsabrisswahrscheinlichkeit 90 und ein Einlassleitventil-Skalierungsfaktor (IGV-Skalierfaktor) 94 werden bei 92 miteinander multipliziert. Bei der Berechnung des Einlassleitventil-Skalierfaktors 94 werden Einlassleitventil-Messwerte (IGV, Inlet Guide Ventil) 87 verwendet. In einer Ausführungsform enthält eine Nachschlagetabelle 97 Strömungsabrisswahrscheinlichkeiten und Strömungsabrissmaße. Die Strömungsabrisswahrscheinlichkeit 96 wird über die Nachschlagetabelle 97 erhalten. Wie für einen Fachmann verständlich, wird ein vorbestimmter Wert der Strömungsabrisswahrscheinlichkeit anhand mehrerer Messungen berechnet. Eine derartige Nachschlagetabelle enthält Rechenkonstanten, wie sie auf die Messwerte angewandt werden, die die Randbedingungen, unter denen die Nachschlagetabelle gebildet wird, kennzeichnen. Es können Konstanten bei der Berechnung eingesetzt werden, während die Nachschlagetabelle verwendet wird. In einer Ausführungsform der Erfindung wird eine skalierte Strömungsabrisswahrscheinlichkeit 99 mittels eines Skalierfaktors, wie beispielsweise des Einlassleitventil-Skalierfaktors 94, und der nicht skalierten Strömungsabrisswahrscheinlichkeit 90 erhalten. In einer anderen Ausführungsform der Erfindung enthält die Berechnung des skalierten Strömungsabrisswahrscheinlichkeitsmaßes eine Bezugnahme auf die Nachschlagetabelle, die einen Strömungsabrissreserverest 98 als einen Skalierfaktor auf weist, der mit der Strömungsabrisswahrscheinlichkeit 96 multipliziert wird. Es kann erwähnt werden, dass der Strömungsabrissreserverest 98 über das Verdichterdruckverhältnis (PR, Compressor Pressure Ratio) 85 erhalten werden kann. Die Strömungsabrissanzeigeeinrichtung 48 ist konfiguriert, um das Strömungsabrissanzeigesignal 50 auf der Basis der skalierten Strömungsabrisswahrscheinlichkeit 99 zu berechnen. Das Strömungsabrissanzeigesignal ist ferner mit dem Verdichter gekoppelt. Auf der Basis des Strömungsabrissanzeigesignals 50 kann eine Korrekturmaßnahme an dem Verdichter ausgeführt werden, um jeden Strömungsabriss- und/oder Pumpzustand, der auftreten kann, zu verhindern.
  • 4 zeigt eine graphische Darstellung einer Langzeit-FFT (am Langzeitsignal durchgeführten schnellen Fouriertransformation) 100 mit der Frequenz auf der horizontalen Achse 102 und der Leistung auf der vertikalen Achse 104. Die Fouriertransformation 100 enthält, wie veranschaulicht, verschiedene Leistungsspitzen bzw. -zacken, beispielsweise bei 106, 108 und 110. Die Langzeit-FFT wird erhalten, nachdem der Signalprozessor 80 die gepufferten Daten über eine lange Zeitspanne hinweg verarbeitet hat, wie dies in 3 eingetragen ist. Ferner kann die Leistungsspitze 106, die für eine Schaufelpassierfrequenz kennzeichnend ist, in Block 84, wie in 3 eingetragen, gefiltert werden. In einem Bereich von etwa ±100 Hz um die Schaufelpassierfrequenz herum können bestimmte Leistungsspitzen, beispielsweise bei 108 und 110, aufgezeichnet werden. Derartige Leistungsspitzen (108 und 110) sind gewöhnlich für Bedingungen kennzeichnend, die von den normalen Betriebsbedingungen abweichen, und können eine mögliche Strömungsabriss- und/oder Pumpbedingung anzeigen. Die Leistungsberechnungseinrichtung 88, wie sie in 3 eingetragen ist, ist konfiguriert, um derartige Leistungsspitzenabweichungen zu detektieren und zu berechnen.
  • Vorteilhafterweise verringern Langzeit-FFT-Analysen von Verdichterparametern Unzulänglichkeiten von gegenwärtigen Analysen. Außerdem hilft eine Fouriertransformationsanalyse, die anomalen Druckstörungen richtig zu erfassen, und minimiert somit irriges Druckpumpen durch die Verwendung eines Skalierfaktors und eines Strömungsabrissreserverestes bei der Analyse. Darüber hinaus helfen die vorerwähnten Vorteile, das Einsetzen eines Strömungsabriss- und/oder Pumpzustands genau vorherzusagen, bevor ein Strömungsabriss und/oder Pumpen im Verdichter eintritt, und Schützen den Verdichter durch Steuerung der Betriebsparameter in geeigneter Weise auf der Basis der Vorhersage vor Beschädigungen zu schützen.
  • Während lediglich bestimmte Merkmale der Erfindung hier veranschaulicht und beschrieben worden sind, erschließen sich viele Modifikationen und Veränderungen für den Fachmann. Es ist deshalb zu verstehen, dass die beigefügten Ansprüche all derartige Modifikationen und Veränderungen, wie sie in den Rahmen und Schutzbereich der Erfindung fallen, mit umfassen sollen.
  • Es wird ein Verfahren zur Überwachung eines Verdichters, der einen Rotor aufweist, präsentiert. Das Verfahren weist auf: Gewinnen eines dynamischen Drucksignals des Rotors, Gewinnen einer Schaufelpassierfrequenz des Rotors, Verwenden des Schaufelpassierfrequenzsignals zur Filterung des dynamischen Drucksignals, Puffern des gefilterten dynamischen Drucksignals über einen Gleitfenster-Zeitraum und Analyse des gepufferten dynamischen Drucksignals, um einen Strömungsabrisszustand des Verdichters vorherzusagen.
  • 10
    Verdichtersystem
    12
    Rotor
    14
    Statur
    16
    Strömungsrichtung
    18
    Strömungsrichtung
    20
    Sensorlage
    22
    Sensorlage
    24
    Sensorlage
    30
    Verdichterüberwachungs- und -steuersystem
    32
    Filter
    34
    Rotordrehzahlsignal
    36
    Dynamisches Drucksignal
    40
    Speicher
    42
    Signalprozessor
    44
    Vergleichereinrichtung
    46
    Nachschlagetabelle
    48
    Strömungsabriss-Anzeigeeinrichtung
    50
    Strömungsabriss-Anzeigesignal
    56
    Verdichterüberwachungssystem
    58
    Tiefpassfilter
    60
    Drehzahl-Frequenz-Wandler
    62
    Schaufelpassierfrequenz, Schaufeldurchlauffrequenz
    66
    Filter
    68
    Gefiltertes dynamisches Drucksignal
    70
    Effektivwert-Wandler, RMS-Wandler
    72
    Multiplizierer
    73
    Eingang
    74
    Tiefpassfilter
    75
    Gefiltertes Signal
    76
    Signalprozessor
    77
    Verschobenes dynamisches Drucksignal
    78
    Datensammeleinrichtung
    80
    Signalprozessor
    81
    Transformiertes Signal
    84
    Filter
    85
    Verdichterdruckverhältnis
    86
    Quellenleistung
    87
    Einlassleitventilmesswerte
    88
    Leistungsberechnungseinrichtung
    90
    Strömungsabrissmaß (nicht skalierte Strömungsabrisswahrscheinlichkeit)
    92
    Multiplizierer
    94
    Einlassleitventil-Skalierfaktor
    96
    Strömungsabrisswahrscheinlichkeit
    97
    Nachschlagetabelle
    98
    Strömungsabrissreserverest
    99
    Skalierte Strömungsabrisswahrscheinlichkeit
    100
    Langzeit-FFT
    102
    Frequenz
    104
    Leistung
    106
    Leistungsspitze
    108
    Leistungsspitze
    110
    Leistungsspitze

Claims (10)

  1. Verfahren zur Überwachung eines Verdichters, der einen Rotor aufweist, wobei das Verfahren aufweist: (a) Erhalt eines dynamischen Drucksignals des Rotors; (b) Erhalt einer Schaufelpassierfrequenz des Rotors; (c) Verwenden des Schaufelpassierfrequenzsignals zur Filterung des dynamischen Drucksignals; (d) Puffern des gefilterten dynamischen Drucksignals über einen Gleitfenster-Zeitraum; und (e) Analyse des gepufferten dynamischen Drucksignals, um eine Strömungsabrissbedingung des Verdichters vorherzusagen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, das ferner aufweist, dass nach der Filterung des dynamischen Drucksignals und vor der Pufferung des gefilterten dynamischen Drucksignals das gefilterte dynamische Drucksignal zu einer niedrigeren Frequenz hin verschoben wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Erhalt der Schaufelpassierfrequenz einen Erhalt eines mechanischen Drehzahlsignals des Rotors und ein Entfernen von Hochfrequenzrauschen aus dem mechanischen Drehzahlsignal aufweist.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei ein Entfernen des Hochfrequenzrauschens ein Filtern des mechanischen Drehzahlsignals mit einem Tiefpassfilter zweiter Ordnung aufweist.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Analyse des gepufferten dynamischen Drucksignals ferner ein Berechnen einer schnellen Fouriertransformation an dem gepufferten dynamischen Drucksignal aufweist.
  6. System zur Überwachung eines Verdichters, der einen Rotor aufweist, wobei das System aufweist: (a) einen Drucksensor, der konfiguriert ist, um ein dynamisches Drucksignal des Rotors zu erhalten; (b) einen Drehzahlsensor, der konfiguriert ist, um ein Drehzahlsignal des Rotors zu erhalten; und (c) eine Steuerungseinrichtung, die konfiguriert ist, um das Rotordrehzahlsignal zur Filterung des dynamischen Drucksignals zu verwenden, das gefilterte dynamische Drucksignal über einen Gleitfenster-Zeitraum zu Puffern und das gepufferte dynamische Drucksignal zu analysieren, um eine Strömungsabrissbedingung des Verdichters vorherzusagen.
  7. System nach Anspruch 6, wobei die Steuerungseinrichtung konfiguriert ist, um eine Schaufelpassierfrequenz aus dem Rotordrehzahlsignal zu gewinnen und die Schaufelpassierfrequenz zur Filterung des dynamischen Drucksignals zu verwenden.
  8. System nach Anspruch 7, wobei die Steuerungseinrichtung ferner ein Filter aufweist, wobei das Filter wenigstens eines aus einem Tiefpassfilter zweiter Ordnung, einem Chebychev-Bandpassfilter und/oder einem Niederfrequenzbereichs-Hochpassfilter erster Ordnung aufweist.
  9. System nach Anspruch 6, wobei die Steuerungseinrichtung ferner konfiguriert ist, um das gepufferte dynamische Drucksignal in einen Bereich niedrigerer Frequenz zu verschieben.
  10. System nach Anspruch 9, das ferner eine Vergleichereinrichtung aufweist, die mit dem Speichermedium gekoppelt und konfiguriert ist, um die berechnete schnelle Fouriertransformation mit einem vorbestimmten Wert zu vergleichen.
DE102009026128A 2008-07-18 2009-07-07 System und Verfahren zur Erfassung des Strömungsabrisses und Pumpens Ceased DE102009026128A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US12/175,889 US7650777B1 (en) 2008-07-18 2008-07-18 Stall and surge detection system and method
US12/175,889 2008-07-18

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102009026128A1 true DE102009026128A1 (de) 2010-01-21

Family

ID=41427442

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102009026128A Ceased DE102009026128A1 (de) 2008-07-18 2009-07-07 System und Verfahren zur Erfassung des Strömungsabrisses und Pumpens

Country Status (5)

Country Link
US (1) US7650777B1 (de)
JP (1) JP2010025106A (de)
CN (1) CN101629572A (de)
DE (1) DE102009026128A1 (de)
FR (1) FR2934019B1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011055826B4 (de) 2010-12-01 2023-04-27 General Electric Company Systeme und Verfahren zum Schutz gegen Pumpvorläufer

Families Citing this family (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8013738B2 (en) 2007-10-04 2011-09-06 Kd Secure, Llc Hierarchical storage manager (HSM) for intelligent storage of large volumes of data
US7382244B1 (en) 2007-10-04 2008-06-03 Kd Secure Video surveillance, storage, and alerting system having network management, hierarchical data storage, video tip processing, and vehicle plate analysis
US8676514B2 (en) 2010-06-29 2014-03-18 General Electric Company System and method for monitoring health of airfoils
US8543341B2 (en) 2010-06-29 2013-09-24 General Electric Company System and method for monitoring health of airfoils
US8311684B2 (en) * 2008-12-17 2012-11-13 Pratt & Whitney Canada Corp. Output flow control in load compressor
US9500553B2 (en) * 2009-11-09 2016-11-22 Kulite Semiconductor Products, Inc. Systems and methods for improved dynamic pressure measurements
GB2468571B (en) * 2010-03-01 2011-01-26 Flakt Woods Ltd A method of detecting and controlling stall in an axial fan
US8471702B2 (en) * 2010-12-22 2013-06-25 General Electric Company Method and system for compressor health monitoring
US9068463B2 (en) * 2011-11-23 2015-06-30 General Electric Company System and method of monitoring turbine engines
US9702365B2 (en) * 2012-05-31 2017-07-11 Praxair Technology, Inc. Anti-surge speed control
JP6081118B2 (ja) * 2012-09-26 2017-02-15 三菱重工業株式会社 圧縮機、圧縮機の運転制御方法
CN103216461B (zh) * 2013-04-17 2016-01-13 南京航空航天大学 轴流式压气机的失速先兆识别方法
WO2015138172A1 (en) * 2014-03-11 2015-09-17 Borgwarner Inc. Method for identifying the surge limit of a compressor
CN104295376B (zh) * 2014-08-15 2017-02-01 中国航空工业集团公司沈阳发动机设计研究所 一种全权限数字电调发动机消喘控制方法
US20160363127A1 (en) * 2015-06-09 2016-12-15 General Electric Company Systems and methods for monitoring a compressor
CN105298889B (zh) * 2015-09-24 2017-02-01 西北工业大学 一种压气机喘振的检测方法
US10047757B2 (en) * 2016-06-22 2018-08-14 General Electric Company Predicting a surge event in a compressor of a turbomachine
FR3059042B1 (fr) * 2016-11-22 2020-07-17 Safran Aircraft Engines Procede de commande d'une vanne de turbomachine
FR3063782B1 (fr) * 2017-03-07 2021-06-18 Safran Aircraft Engines Procede et dispositif de detection de conditions propices a l'apparition d'un pompage en vue de proteger un compresseur d'une turbomachine d'aeronef
CN107101834B (zh) * 2017-05-12 2019-05-21 哈尔滨工程大学 基于特征频率的涡轮增压器喘振预测装置及预测方法
CN107165850B (zh) * 2017-06-27 2018-11-23 西北工业大学 一种基于频域驼峰识别的轴流压气机旋转失速预警方法
US10989210B2 (en) 2017-07-10 2021-04-27 Praxair Technology, Inc. Anti-surge speed control for two or more compressors
CN108362500A (zh) * 2017-12-26 2018-08-03 中国航发四川燃气涡轮研究院 一种压气机快速判喘的方法
CN108612664A (zh) * 2018-05-04 2018-10-02 重庆江增船舶重工有限公司 一种离心式压缩机喘振的自动检测、调节系统
CN110821871A (zh) * 2018-08-13 2020-02-21 开利公司 用于预测离心式制冷压缩机的喘振的系统和其方法以及空调机组
CN109632325B (zh) * 2018-12-17 2021-05-25 中国航发沈阳发动机研究所 一种主燃烧室流量分配方法
CN110005628B (zh) * 2019-03-27 2020-03-17 南京航空航天大学 基于异位方差分析的压气机气动失稳在线辨识方法和系统
CN112443508B (zh) * 2019-09-02 2022-04-08 中国航发商用航空发动机有限责任公司 用于涡扇发动机的喘振检测方法及系统
CN113482959B (zh) * 2021-06-16 2022-06-03 清华大学 一种可识别工况和预警的离心压气机及工况识别方法
CN114151320B (zh) * 2021-10-20 2023-06-13 中国航发四川燃气涡轮研究院 一种压气机流动系统失稳的识别算法

Family Cites Families (34)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3903216A (en) * 1969-09-10 1975-09-02 Respiratory Care Inhalation therapy apparatus
US4036919A (en) * 1974-06-26 1977-07-19 Inhalation Therapy Equipment, Inc. Nebulizer-humidifier system
CH581474A5 (de) * 1974-06-27 1976-11-15 Draegerwerk Ag
US4163371A (en) * 1977-08-24 1979-08-07 The Dow Chemical Company Vaporizer
US4319566A (en) * 1980-07-21 1982-03-16 John Hayward Method and apparatus for inhalation rewarming
US4463755A (en) * 1981-05-18 1984-08-07 Terumo Corporation Breathing circuit
GB2173108B (en) * 1985-04-04 1988-10-05 Boc Group Plc Improvements in inhalation apparatus
US4955372A (en) * 1985-07-16 1990-09-11 Transpirator Technologies, Inc. Method and apparatus for pulmonary and cardiovascular conditioning of racehorses and competition animals
US5623922A (en) * 1986-09-23 1997-04-29 Smith; Charles A. Insulated breathing tube
US5065756A (en) * 1987-12-22 1991-11-19 New York University Method and apparatus for the treatment of obstructive sleep apnea
FR2645026B1 (fr) * 1989-03-31 1997-11-21 Boussignac Georges Dispositif d'assistance respiratoire
US4982175A (en) * 1989-08-25 1991-01-01 Franklin Electric Co., Inc. Telemetry circuit with noise immunization
AU3713193A (en) * 1992-04-24 1993-10-28 Fisher & Paykel Limited Humidifier apparatus and/or gases distribution chambers and/or temperature probes for the same
US5349946A (en) * 1992-10-07 1994-09-27 Mccomb R Carter Microprocessor controlled flow regulated molecular humidifier
US5823184A (en) * 1994-04-18 1998-10-20 Tyco International (Us) Inc. Breathing circuit
AUPO742297A0 (en) * 1997-06-18 1997-07-10 Resmed Limited An apparatus for supplying breathable gas
SE508440C2 (sv) * 1997-09-11 1998-10-05 Siemens Elema Ab Inspirationsslang
DE19808590C2 (de) * 1998-02-28 2003-03-20 Draeger Medical Ag Beatmungsanfeuchter
US6230133B1 (en) * 1998-06-24 2001-05-08 Ameritech, Inc. Home office communication system and method
US7308322B1 (en) 1998-09-29 2007-12-11 Rockwell Automation Technologies, Inc. Motorized system integrated control and diagnostics using vibration, pressure, temperature, speed, and/or current analysis
US6231306B1 (en) * 1998-11-23 2001-05-15 United Technologies Corporation Control system for preventing compressor stall
US6256454B1 (en) * 1999-12-11 2001-07-03 Datex- Ohmeda, Inc. Humidifier for infant warming apparatus
US20020176567A1 (en) * 2001-03-19 2002-11-28 Cui Chen Method and apparatus for dynamically adjusting receiver sensitivity over a phone line home network
US6532433B2 (en) * 2001-04-17 2003-03-11 General Electric Company Method and apparatus for continuous prediction, monitoring and control of compressor health via detection of precursors to rotating stall and surge
US6438484B1 (en) * 2001-05-23 2002-08-20 General Electric Company Method and apparatus for detecting and compensating for compressor surge in a gas turbine using remote monitoring and diagnostics
US6536284B2 (en) * 2001-06-12 2003-03-25 General Electric Company Method and apparatus for compressor control and operation via detection of stall precursors using frequency demodulation of acoustic signatures
US7010002B2 (en) * 2001-06-14 2006-03-07 At&T Corp. Broadband network with enterprise wireless communication method for residential and business environment
US7187694B1 (en) * 2002-03-29 2007-03-06 Pmc-Sierra, Inc. Generic packet parser
CN101082344B (zh) 2002-08-23 2010-06-16 约克国际公司 用于探测离心压缩机内的旋转失速的方法
US7003426B2 (en) * 2002-10-04 2006-02-21 General Electric Company Method and system for detecting precursors to compressor stall and surge
US7027953B2 (en) 2002-12-30 2006-04-11 Rsl Electronics Ltd. Method and system for diagnostics and prognostics of a mechanical system
US7596953B2 (en) * 2003-12-23 2009-10-06 General Electric Company Method for detecting compressor stall precursors
US7424823B2 (en) * 2004-10-19 2008-09-16 Techno-Sciences, Inc. Method of determining the operating status of a turbine engine utilizing an analytic representation of sensor data
US7530260B2 (en) * 2007-04-19 2009-05-12 Pratt & Whitney Canada Corp. Surge detection in a gas turbine engine

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011055826B4 (de) 2010-12-01 2023-04-27 General Electric Company Systeme und Verfahren zum Schutz gegen Pumpvorläufer

Also Published As

Publication number Publication date
US20100011846A1 (en) 2010-01-21
FR2934019A1 (fr) 2010-01-22
JP2010025106A (ja) 2010-02-04
US7650777B1 (en) 2010-01-26
CN101629572A (zh) 2010-01-20
FR2934019B1 (fr) 2016-11-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102009026128A1 (de) System und Verfahren zur Erfassung des Strömungsabrisses und Pumpens
DE60203560T2 (de) Verfahren und Vorrichtung für kontinuierliche Vorhersage, Überwachung und Regelung der Verdichterstabilität durch Bestimmung von Indikatoren für umlaufende Strömungsablösung und Pumpen
DE102011056644B4 (de) Verfahren, Vorrichtung und Computerprogramm zur Verdichterzustandsüberwachung
CN1501077A (zh) 检测离心泵低流量/气蚀的方法和装置
DE102009059228A1 (de) System und Verfahren zur Überwachung des Erhaltungszustands von Rotorschaufelblättern
DE102010016615A1 (de) Fehlererkennung und Schutz von mehrstufigen Verdichtern
CN105181019A (zh) 用于旋转类机械早期故障预警分析的计算机程序产品
DE112012004549B4 (de) Diagnoseverfahren und -systeme für einen Turbolader
DE102018210470A1 (de) Verfahren zur Schadensfrüherkennung, sowie Programm und Steuergerät zum Ausführen des Verfahrens
EP2159418B1 (de) Verfahren zum Betreiben einer Windenergieanlage mit einer Windgeschwindigkeitsmesseinrichtung
DE102015200163A1 (de) Störungsgrad-Bestimmungssystem und Verfahren für einen Windturbinengenerator
DE10361755B4 (de) System und Verfahren zur Gegendrucküberwachung bei Dampfturbinen unter Verwendung dynamischer Drucksensoren
EP2466091A1 (de) Verfahren zum Betreiben eines Kraftwagens mit zwei Turboladern
EP3589843B1 (de) Verfahren und vorrichtung zum bestimmen eines indikators für eine vorhersage einer instabilität in einem verdichter sowie verwendung
CN114969645A (zh) 一种基于统计分布模型的航空发动机状态监测评估方法
DE102011055826B4 (de) Systeme und Verfahren zum Schutz gegen Pumpvorläufer
EP3250918B1 (de) Verfahren zur detektion von kavitation
DE4011118A1 (de) Verfahren und anordnung zum erkennen von stroemungsabrissen
DE112014000566T5 (de) Verfahren und Systeme zum Erkennen und Erholen von Steuerinstabilität, die durch Laufradstillstand bewirkt ist
EP3475536B1 (de) Verfahren zur schadenserkennung bei betrieb einer gasturbine
DE102010009941A1 (de) Verfahren zum Überwachen von Windturbinen
CN115186707A (zh) 一种简易齿轮箱故障检测方法
DE102013200420B4 (de) Aktive Laderüberwachung einer zweistufigen Aufladeeinheit
EP1792242B1 (de) Verfahren und vorrichtung zum ermitteln eines fehlerzustandes eines rotierenden verdichters
EP0933622A2 (de) Verfahren zur schwingungsdiagnostischen Überwachung rotierender Maschinen, insbesondere Pumpspeichersätzen in Wasserkraftwerken

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R002 Refusal decision in examination/registration proceedings
R003 Refusal decision now final